1980—2018年海南島土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值時空變化

雷金睿,陳宗鑄,陳小花,李苑菱,吳庭天

海南省林業(yè)科學研究院,海南省紅樹林研究院, ?？?571100

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)中獲取的收益[1],與人類福祉關(guān)系極其密切[2- 4]。正確認知生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)之間的關(guān)系,是開展多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)可持續(xù)管理決策的前提[5- 6]。目前,國內(nèi)外在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值(Ecosystem Services Values,ESV)的評估方法上都開展了大量的研究工作,但尚未形成一套統(tǒng)一的評估體系[3,7- 10]。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估大致可以分為兩類：基于單位服務(wù)功能價格方法和基于單位面積價值當量因子方法[8],前者評估方法輸入?yún)?shù)較多、計算過程較為復(fù)雜且標準難以統(tǒng)一,因此在具體理論和方法上尚未形成突破[9- 12]；后者評估方法主要受到了Costanza[7]研究的影響,相對于前者而言,當量因子法較為直觀易用、數(shù)據(jù)需求少、評估全面且可比性高,特別適用于區(qū)域和全球尺度生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估[8,13]。我國學者謝高地等[4,8]在Costanza評價模型基礎(chǔ)上改進并計算得到中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的基礎(chǔ)當量,被大多數(shù)研究人員采用,廣泛應(yīng)用于評估國家、省市縣、城市群、流域等不同空間尺度的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值[12- 16]。

土地利用/土地覆蓋變化(LUCC)作為人類最基本的實踐活動,是影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能變化的重要因素[16- 18]。因地表覆被的改變導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、過程和功能發(fā)生了巨大變化,同時面臨著日益加劇的人為活動壓力[19- 21]。島嶼作為獨特的自然生態(tài)系統(tǒng),是沿海地區(qū)不可或缺的重要組成部分[22],其所提供的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也更易受到人類活動的影響而發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的改變[23- 24]。我國沿海島嶼眾多,當前對于島嶼型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估研究相對匱乏[22,25],對其認識也比較有限。如,Zhao等[26]采用價值當量法評估了1990—2000年崇明島東灘土地利用和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的變化情況；Lin等[22]分析了城市化背景下廈門島1973—2007年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和景觀格局變化；Qiu等[27]研究了2009—2014年舟山群島土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化；Shifaw等[14]對福建平潭島2003—2017年在實施綜合實驗區(qū)計劃前后的土地利用格局與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化進行了量化評估?？梢?當前大部分研究僅從時間動態(tài)變化上對一些島嶼的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值開展了評估與分析,缺乏在空間上變化特征的描述。而海南島作為相對獨立的地理單元,在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估上也多見于對局部區(qū)域或者部分類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行研究,如喻露露等[28]、雷金睿等[15]分別對海口市海岸帶、海南島東北部的土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值開展了研究；歐陽志云等[29]采用單位服務(wù)功能價格方法對2002年海南島生態(tài)系統(tǒng)所提供的生態(tài)調(diào)節(jié)功能價值進行了評估,隋磊等[30]同樣采用該方法對1998—2008年海南島森林、濕地、淡水和草地四類自然生態(tài)系統(tǒng)進行了動態(tài)評估,但始終缺乏從長時間序列角度對全島土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行全面研究。此外,土地利用變化受自然、經(jīng)濟、政策等多種因素的影響[31],具有很強的空間差異性,不同空間區(qū)位上的土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響不盡相同[32]。相關(guān)研究認為,基于網(wǎng)格單元的探索性空間統(tǒng)計分析能夠有效表達生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的空間變化特征,更加精準地刻畫出土地利用對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的局部影響,而被大多數(shù)研究者采用[12,15- 16,27,32]。

海南島為我國第二大島嶼,地理位置獨特,是“21世紀海上絲綢之路”的重要戰(zhàn)略支點。2018年中共中央、國務(wù)院提出在海南設(shè)立中國自由貿(mào)易試驗區(qū),2019年又提出建設(shè)國家生態(tài)文明試驗區(qū),探索生態(tài)價值實現(xiàn)機制,這對海南生態(tài)環(huán)境保護與社會經(jīng)濟發(fā)展提出了更高的要求和賦予了新的生命動力。然而,海南特殊的島嶼生態(tài)系統(tǒng)具有明顯的獨立性和脆弱性,一旦遭到破壞就會造成不可逆轉(zhuǎn)的后果。在國家戰(zhàn)略的背景下,以不破壞生態(tài)環(huán)境為前提,如何實現(xiàn)全島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)最優(yōu)權(quán)衡,對于認識土地資源開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境保護具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。因此,本文以海南本島為研究對象,基于修訂后的單位面積價值當量因子法,利用1980—2018年5期土地利用數(shù)據(jù)從時間和空間角度探究海南島土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的動態(tài)變化特征與權(quán)衡協(xié)同關(guān)系,以期為區(qū)域土地資源利用管理和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

海南島(18.80°—20.10 °N,108.37°—111.03° E)位于南海大陸架北端,與雷州半島隔海相望,面積約3.4萬km2,涉及18個市縣,海岸線長1944.4 km。區(qū)域地貌類型多樣,地形中高周低,以五指山(1867 m)、鸚哥嶺(1811 m)為隆起核心,從中部向四周依次為山地、丘陵、臺地和平原等逐級遞降(圖1)。氣候高溫多雨、長夏無冬,年降水量1000—2500 mm,年平均氣溫23.8—26.2℃,具有典型的熱帶季風海洋性氣候。自1988年海南建省,特別是2009年建設(shè)海南國際旅游島以來,社會經(jīng)濟高速發(fā)展,城市迅速擴張,土地變化劇烈,深刻影響著全島生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能。當前,海南島土地利用現(xiàn)狀以林地和耕地為主,兩者接近總面積的90%。島內(nèi)森林資源豐富、生態(tài)系統(tǒng)多樣,擁有全國保存最完整的熱帶天然林,森林覆蓋率從建省初期的38.2%提高到了62.1%,為海南生態(tài)立省發(fā)展戰(zhàn)略和國家生態(tài)文明試驗區(qū)建設(shè)奠定了堅實基礎(chǔ)。

圖1 研究區(qū)位置

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

研究采用的1980年、1990年、2000年、2010年和2018年5期土地利用矢量數(shù)據(jù)來源于中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫平臺(http://www.resdc.cn/),精度達到90%以上[33]。該系列數(shù)據(jù)依據(jù)全國土地利用遙感監(jiān)測分類體系,將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地及未利用地6大類(圖2)。參考相關(guān)研究[15- 16,32],借助ArcGIS漁網(wǎng)工具將海南島劃分為2 km×2 km正方形網(wǎng)格單元8580個,并分別計算每個網(wǎng)格單元中各土地利用類型的面積。

圖2 海南島土地利用類型圖

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評價

參照近年來關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的研究[13,15,34],以謝高地等[4,8]制定的中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量表為基礎(chǔ),確定了中國1個生態(tài)系統(tǒng)價值當量的經(jīng)濟價值為3406.50元/hm2。根據(jù)研究期內(nèi)海南省單位面積平均實際糧食產(chǎn)量4822.45 kg/hm2,同期全國單位面積糧食產(chǎn)量4974 kg/hm2,以此得出研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當量價值的修正系數(shù)為0.9695,即換算得到研究區(qū)1個標準當量因子的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值量為3302.71元/hm2。并結(jié)合喻露露等[28]、雷金睿等[15]人對海南島局部區(qū)域的研究成果,確定了海南島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量表(表1),其中建設(shè)用地的價值當量為0。根據(jù)修正后的價值當量和各土地利用類型的面積得到研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,計算公式為：

表1 海南島單位面積生態(tài)服務(wù)價值當量

式中,ESV表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值；Ai表示第i種土地利用類型的面積(hm2)；VCi表示第i種土地利用類型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)；ESVf表示第f項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值；VCfi表示第i種土地利用類型的第f項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值系數(shù)；ECf為某類土地利用類型第f項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的價值當量；Ea為1個標準當量生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值,即3302.71元/hm2。

2.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)

采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)(ESCI)對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化進行刻畫[6,35],以表征各項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的相對增益或減損。其計算公式為：

式中,ESCIx代表單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)；ESCURx代表最后狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)；ESHISx代表初始狀態(tài)下的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。ESCI值為0時表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)沒有變化；當為負值時表示有減損；為正值時表示有增益。

2.4 空間統(tǒng)計分析

3 結(jié)果與分析

3.1 海南島土地利用動態(tài)變化特征

3.1.1土地利用類型面積變化

根據(jù)海南島不同時期遙感解譯分類數(shù)據(jù)(圖2),可以看出,海南島土地利用類型以林地為主,占總面積的62%以上,主要分布在海南島中南部；其次為耕地,占26%左右,主要分布在海南島北部和山地周圍,兩者接近海南島總面積的90%；其他土地利用類型面積占比較少。從表2的土地利用類型面積變化來看,1980—2018年海南島建設(shè)用地面積增加量最大,增加741.38 km2,其次為水域,增加261.89 km2；耕地和草地面積減少較大,分別為493.58 km2和367.15 km2,其他土地利用類型面積變化較小。從面積變化率來看,1980—2018年海南島建設(shè)用地面積變化幅度最大,增長率高達122.46%,未利用地、草地、水域的面積變化幅度較大,變化率分別為-62.34%、-24.35%、20.94%,耕地和林地的變化幅度較小。從面積階段性變化來看,建設(shè)用地面積比例呈現(xiàn)出持續(xù)增加的態(tài)勢,且在2010—2018年間呈爆發(fā)式增加；耕地和未利用地持續(xù)減少,林地先增加后降低,草地先降低后略微增加；水域則是呈波動上升的趨勢,在2000—2010年間增加最多。

表2 1980—2018年海南島土地利用類型變化

3.1.2土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

從海南島1980—2018年土地利用類型面積轉(zhuǎn)移情況來看(表3),耕地轉(zhuǎn)出面積最大,轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、林地、水域的面積分別為381.10、192.00、158.68 km2；其次為林地,轉(zhuǎn)為建設(shè)用地、耕地、水域的面積分別為293.61、133.90、102.76 km2；草地轉(zhuǎn)為林地的面積也較大,為303.17 km2；其他土地利用類型轉(zhuǎn)出的面積較小。從轉(zhuǎn)入來看,建設(shè)用地轉(zhuǎn)入面積最大,主要來自耕地和林地,面積分別為381.10、293.61 km2；其次為林地,主要來自草地和耕地,面積分別為303.17、192.00 km2；再次為水域,主要來自耕地158.68 km2和林地102.76 km2；草地、未利用地轉(zhuǎn)入面積較小。從空間分布來看(圖3),海南島土地利用轉(zhuǎn)變主要集中在市縣城區(qū)以及沿海地帶,其中?？?、三亞、儋州和東方市城區(qū)、洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、文昌東北部沿海地區(qū)因城市建設(shè)造成土地利用類型轉(zhuǎn)變較大,主要特征表現(xiàn)為耕地、林地、水域轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,而大型水庫(如大廣壩庫區(qū)等)修建導(dǎo)致耕地、林地轉(zhuǎn)為水域。其次,由于海南省綠化寶島植樹造林活動在文昌、東方等市縣的草地和耕地等宜林地大面積轉(zhuǎn)為林地,這在一定程度上保障了全島林地資源的平衡。

表3 1980—2018年海南島土地利用轉(zhuǎn)移矩陣/km2

圖3 1980—2018年海南島土地利用變化空間分布圖

3.2 海南島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值動態(tài)變化特征

3.2.1不同土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

1980—2018年海南島土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值整體表現(xiàn)為先增加后降低的變化過程(表4),由1980年的2014.03億元增加到2010年的2084.49億元,增加了70.46億元,之后減少到2018年的2065.62億元,減少了18.87億元；在這期間累計增加51.59億元,增長率為2.56%。從不同土地利用類型來看,僅有水域的ESV增加量最大,在1980—2018年間共增加76.82億元,增長率達20.94%；其余類型ESV不同程度降低,未利用地降低最大,為-62.12%,但價值量僅降低0.41億元；其次為草地和耕地,ESV分別降低18.33億元和6.47億元,降低率為-24.36%和-5.37%；林地ESV占比最高,均達70%以上,ESV先升高后降低,與林地面積變化趨勢一致,在研究期始末幾乎持平,但在2010—2018年間林地ESV降低15.51億元?？梢?林地面積變化是造成2010—2018年間海南島土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值變化的主要原因,而水域面積增加是導(dǎo)致1980—2018年間海南島土地利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加的根本原因。

表4 1980—2018年海南島各類土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化/108元

3.2.2單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化

1980—2018年海南島土地單項生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化如表5所示。單項ESV以水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)為主,兩者占總價值的50%以上；在1980—2018年間單項ESV變化最大的是水文調(diào)節(jié),增加49.22億元,占總價值增加量的95.41%,其次是水資源供給,增加5.89億元,變化率達32.45%。價值減少較大的為氣候調(diào)節(jié)和氣體調(diào)節(jié),分別減少3.05億元和2.07億元。水文調(diào)節(jié)、水資源供給價值增加驅(qū)使海南島土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值總體增加,這得益于水域面積的持續(xù)增加；后期總價值降低是由于林地面積減少造成氣候調(diào)節(jié)、水文調(diào)節(jié)、土壤保持和生物多樣性價值降低。

表5 1980—2018年海南島土地生態(tài)系統(tǒng)單項服務(wù)價值變化/108元

3.2.3生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)空間分布

為進一步分析海南島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其變化程度的空間分布,以2 km×2 km正方形網(wǎng)格為單元,計算其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)(ESCI),采用自然斷點法分別制作得到1980—2018年海南島ESV及其ESCI的空間分布圖,其中研究區(qū)ESV從低到高劃分為6個等級,一級最低、六級最高。

從1980年和2018年海南島ESV的空間分布來看(圖4),研究區(qū)ESV除分布在水域較高之外,明顯存在著海南島中部高、四周低的空間分異特征,這與研究區(qū)海拔的空間差異分布高度契合。即中部海拔較高的區(qū)域主要地類為林地或草地,ESV較高；四周海拔較低的區(qū)域主要地類為耕地或建設(shè)用地,ESV較低,主要集中在海南島北部和沿海區(qū)域。從1980年到2018年ESV的空間變化來看,高值區(qū)進一步萎縮、低值區(qū)逐漸擴展,而水域的新增造成研究區(qū)出現(xiàn)較多的點狀ESV極高值區(qū)。

從1980—2018年海南島ESV的損益變化(ESCI)來看(圖4),在海口和三亞城區(qū)、洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)、文昌東部沿海地區(qū)ESV減損較大,主要是由于重要城市和沿海經(jīng)濟開發(fā)建設(shè)造成ESV較高的土地利用類型(如水域、林地)向ESV較低的土地利用類型(如建設(shè)用地)轉(zhuǎn)變。而在大廣壩庫區(qū)、海南島東北部等地增益較大,這主要得益于庫塘建設(shè)導(dǎo)致區(qū)域水域面積增加。其余地區(qū)ESV有增有減,變化并不顯著。

圖4 1980—2018年海南島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)變化指數(shù)的空間分布圖

3.3 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間統(tǒng)計分析

3.3.1空間自相關(guān)分析

從檢驗結(jié)果顯示(表6),1980—2018年5個時期的ESV全局Moran′sI值均大于0,p值均小于0.001,表明研究區(qū)ESV的空間分布具有較強的正向自相關(guān)性,在空間上具有非常顯著的聚集性,高值區(qū)趨于聚集,低值區(qū)趨于相鄰；且5個時期的全局Moran′sI值先降低后升高,在2000年達到最低值0.4927,說明ESV的空間自相關(guān)性先減弱后增強,表明在2000年以后宏觀政策與經(jīng)濟發(fā)展等因素促使海南島ESV的空間分布聚集性不斷增強。

表6 1980—2018年海南島ESV及其變化的空間自相關(guān)性

進一步分析其ESV動態(tài)變化的空間自相關(guān)性,結(jié)果顯示全局Moran′sI值先升高后降低,同樣具有明顯的空間聚集性,且在1990—2000年間的ESV變化達到最大值,為0.4187。這說明研究區(qū)ESV動態(tài)演化過程的空間聚集效應(yīng)先增強后減弱,不同階段表現(xiàn)出不同的空間聚集特征。而1980—2018年研究區(qū)整體ESV動態(tài)變化的全局Moran′sI值達0.4502,同樣也表明具有顯著的空間自相關(guān)性和空間聚集效應(yīng)。

3.3.2生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化的冷點與熱點分析

以網(wǎng)格單位為基礎(chǔ),利用ArcGIS熱點分析工具(Getis-Ord Gi*)選取置信度在90%以上的具有統(tǒng)計顯著性的熱點和冷點,分別得到研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化熱點圖(圖5)。

圖5 1980—2018年海南島ESV變化冷點和熱點的空間分布

在1980—1990年海南島ESV增值熱點區(qū)分布較為分散,但主要集中在海南島西北部等地,這是由于草地轉(zhuǎn)為林地或耕地轉(zhuǎn)為水域?qū)е戮植縀SV增高；ESV損失冷點分布面積比例較少(表7)。在1990—2000年和2000—2010年兩個時間段內(nèi),ESV增值熱點區(qū)面積進一步擴大,主要表現(xiàn)為大型水庫的修建,如赤田水庫(1993年)、大廣壩水庫(1994年)、大隆水庫(2007年)等的相繼建成使得局部水域面積迅速增加,其次在沿海地區(qū)特別是文昌市內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖事業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致耕地、林地轉(zhuǎn)變?yōu)樗虻仡?使得ESV增高；ESV損失冷點則主要分布在?？凇⑷齺?、洋浦、儋州、保亭等地,林地轉(zhuǎn)為耕地、耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地,導(dǎo)致ESV迅速下降。2010—2018年,由于海南國際旅游島等一系列政策的推動,城市建設(shè)與土地開發(fā)進一步擴張,?？凇⑷齺?、澄邁老城、東方、文昌等城區(qū),以及文昌月亮灣、儋州海花島、三亞海棠灣等沿海區(qū)域成為ESV損失冷點；ESV增值熱點區(qū)則主要分布在紅嶺水庫(2015年建成)以及新增的水產(chǎn)養(yǎng)殖場等地,增值熱點區(qū)面積明顯少于損失冷點(表7),這也印證了在這期間海南島ESV呈下降的變化特征。

從研究期整體上看(圖5),與1980—2018年海南島ESCI空間分布特征較為一致,ESV增值熱點區(qū)主要分布在大廣壩水庫、大隆水庫、紅嶺水庫等庫區(qū),以及東寨港、萬寧小海和文昌境內(nèi)的水產(chǎn)養(yǎng)殖場等區(qū)域,這主要是由于該地區(qū)水庫建設(shè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展造成土地利用類型由耕地、林地轉(zhuǎn)變?yōu)樗?從而使得ESV增加。而ESV損失冷點區(qū)主要分布在?？?、三亞等城區(qū),洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)以及儋州?；◢u、文昌月亮灣等沿海開發(fā)一帶,這是因為城市擴張和土地開發(fā)導(dǎo)致建設(shè)用地占用耕地、林地或水域。從1980—2018年海南島ESV變化冷點與熱點的分布面積來看(表7),損失冷點分布的面積比例少于增值熱點,這也反映出海南島土地利用的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價值增加。

表7 1980—2018年海南島ESV變化冷點和熱點的面積比例/%

4 討論

4.1 評估方法的局限性

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估存在很多主觀因素,不同的評價方法在考慮視角、參數(shù)選擇等方面的側(cè)重,會使得評估結(jié)果存在較大差異,但得出的變化趨勢是一致的[16,38],不影響在同一方法、同一參數(shù)下研究結(jié)果的相互比較[15]。如,歐陽志云等[29]采用單位服務(wù)功能價格方法對2002年海南島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的評估結(jié)果為2035.88—2153.39億元；謝高地等[4]采用價值當量因子法對我國2010年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了核算,其中海南ESV為4488.25億元。本文采用修訂后的單位面積價值當量因子法評估了海南島1980—2018年近40年的ESV,其價值為2014.03—2084.49億元,與歐陽志云等[29]的評估結(jié)果相接近,但與謝高地等[4]相差一倍多。

顯然,價值當量因子法自身也存在一定缺陷,相同研究區(qū)域修正方法和參數(shù)的不同都會使評價結(jié)果產(chǎn)生差異,而且局部的差異也難以用統(tǒng)一的參數(shù)來衡量。因此,需要有更為精準的評估模型,識別不同尺度下ESV非線性變化特征及局部特異信息[39],提高ESV評估的全面性和科學性。其次,從空間角度分析土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響,目前尚未有行之有效的方法[32]。本文嘗試通過劃分網(wǎng)格單元采用探索性空間統(tǒng)計分析的方法能較好地從空間分布角度反映出土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的影響,利用ESV變化分析熱點圖,刻畫出局部的變化特征,成為探究土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響的一種有益嘗試。然而,對其變化背后復(fù)雜的社會經(jīng)濟驅(qū)動力尚未進行有效分析,空間關(guān)聯(lián)關(guān)系也不明確,應(yīng)當是今后進一步探索的研究方向之一。

4.2 土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響

海南島作為國家重要的生態(tài)功能區(qū)[40],在近40年來土地利用發(fā)生劇烈變化。林地是海南島最主要的生態(tài)系統(tǒng)類型,占62%以上,林地面積先升高后降低,在研究期始末幾乎持平；建設(shè)用地面積增加迅猛,特別是在2010年海南國際旅游島政策實施以后,增長率高達122.46%。土地利用主要表現(xiàn)為草地轉(zhuǎn)為林地,而耕地、林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地或水域的變化特征,這也導(dǎo)致ESV的協(xié)同改變。1980—2018年海南島ESV總體表現(xiàn)為先增加后降低的變化過程,研究期內(nèi)凈增加51.59億元,增長率為2.56%,這主要得益于水域面積增加導(dǎo)致水文調(diào)節(jié)、水資源供給等單項價值提高,從而使得海南島總價值增加。2016年海南通過省域“多規(guī)合一”改革完成總體空間規(guī)劃,并劃定生態(tài)保護紅線,庫塘、水產(chǎn)養(yǎng)殖場等水域面積再難以大幅增加；同時由于海南自貿(mào)區(qū)(港)建設(shè)對海陸生態(tài)空間的需求,可以預(yù)見海南島ESV的下行壓力將十分巨大。

4.3 海南島生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值空間分布格局

從空間分布來看,海南島ESV總體上存在著明顯中部高、四周低的空間分異特征,在時間序列上高值區(qū)進一步萎縮、低值區(qū)逐漸擴展。但好在海南島中部地區(qū)在ESCI和熱點分析上表現(xiàn)均不顯著,這主要是由于中部地區(qū)是海南熱帶雨林的集中分布區(qū),在國家和省級層面受多重保護[40],難以大規(guī)模開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致土地利用向低ESV轉(zhuǎn)變,也因此成為海南島重要的生態(tài)安全屏障。2019年成立海南熱帶雨林國家公園,將海南中部地區(qū)熱帶雨林森林生態(tài)系統(tǒng)納入嚴格保護范圍,也為海南島生態(tài)保護與修復(fù)注入強勁動力,保障ESV向增值方向發(fā)展。同時也應(yīng)認識到另一面,在海南島四周海拔較低的沿海地區(qū),因地理資源優(yōu)勢造成城市擴張和土地開發(fā)迅速,使得建設(shè)用地占用耕地、林地或水域,導(dǎo)致區(qū)域ESV退化,主要出現(xiàn)在海口、三亞等重要城區(qū),洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)以及旅游資源豐富的沿海開發(fā)區(qū)等。因此,建議通過嚴格保護與合理利用國土空間,建立開發(fā)邊界外建設(shè)項目準入目錄,增強沿海地區(qū)土地利用效率,同時實施生態(tài)修復(fù)戰(zhàn)略提高ESV退化區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能和價值。

4.4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化對島嶼生態(tài)保護的啟示

千年生態(tài)系統(tǒng)評估[1]將島嶼定義為“周圍被水域隔離的土地,海濱與內(nèi)陸面積的比值較高”,作為特殊的自然生態(tài)系統(tǒng),也更易受到人類活動和環(huán)境變化的影響[22]。海南島地處熱帶,面向南海,特殊的地理位置使其極易受臺風、高溫等極端氣候或自然災(zāi)害的影響,生態(tài)系統(tǒng)相對比較脆弱[25]；另一方面,受到島內(nèi)人口激增、城市建設(shè)擴張等人為活動的影響也使其所提供的ESV面臨巨大壓力[14,23- 24]。趙江等[25]采用價值當量因子法對浙江金塘島1986—2014年ESV的研究結(jié)果呈降低趨勢,共減少了1.08億元,減少了30.23%,這主要是由于海港經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展,迫使生態(tài)用地逐步向城鎮(zhèn)建設(shè)用地發(fā)展。Zhao等[26]對上海崇明島、Lin等[22]對福建廈門島、Shifaw等[14]對福建平潭島的ESV評估結(jié)果也均呈降低趨勢,動態(tài)變化特征相似。本文對海南島ESV的研究結(jié)果顯示,1980—2010年增加、2010—2018年減少,總體依然增加了51.59億元(2.56%)。究其原因主要有三方面,一是由于海南島特殊的地形地貌特征造成中部地區(qū)歷來發(fā)展遲緩,受人為活動干擾較少而呈現(xiàn)出較為完整的自然生態(tài)系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值高,成為全島重要的生態(tài)源；其次,海南島為我國第二大島嶼,較之小型島嶼,其生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性更高,抵御極端氣候或自然災(zāi)害的能力也較強；三是因為高當量價值的水域面積大幅增長保障了研究期內(nèi)海南島ESV的整體增加。但同時我們也應(yīng)認識到其ESV在2010—2018年下降的客觀事實,且隨著社會經(jīng)濟的進一步發(fā)展,海南島的生態(tài)建設(shè)將會面臨更為嚴峻考驗。長此以往,生態(tài)系統(tǒng)將無法支撐起社會經(jīng)濟的長遠發(fā)展[25]。因此,建議嚴格執(zhí)行海南省“多規(guī)合一”總體空間規(guī)劃和海陸生態(tài)保護紅線管理,落實以圖管地；注重對濕地、水域及林地等高ESV的保護與恢復(fù),維護和強化全島生態(tài)系統(tǒng)格局的連續(xù)性和完整性,引導(dǎo)土地利用向ESV保值或增值方向發(fā)展。

5 結(jié)論

本文基于網(wǎng)格單元采用修訂后的單位面積價值當量因子法對海南島1980—2018年近40年的土地利用與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值進行了評估,分析其時空動態(tài)變化特征,得出以下主要結(jié)論：

(1)林地是海南島最主要的自然生態(tài)系統(tǒng),占62%以上,林地面積先升高后降低,在研究期始末幾乎持平；建設(shè)用地增加迅猛,特別是在2010年以后,增長率高達122.46%,其次水域增長率為20.94%；未利用地、草地和耕地降低幅度較大。土地利用主要呈現(xiàn)出草地轉(zhuǎn)為林地,耕地、林地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地或水域的變化特征。

(2)海南島ESV在研究期內(nèi)先增加后降低,凈增加51.59億元,增長率為2.56%,其中林地ESV占比最高,達70%以上；而單項ESV以水文調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)為主,兩者占總價值的50%以上。水域面積持續(xù)增長驅(qū)使水文調(diào)節(jié)和水資源供給等單項ESV增加是保障海南島ESV總體增加的重要原因。

(3)在空間分布上,海南島ESV總體上存在著明顯的中部高、四周低的空間分異特征,在時間序列上高值區(qū)進一步萎縮、低值區(qū)逐漸擴展；在?？凇⑷齺喌戎匾菂^(qū),洋浦經(jīng)濟開發(fā)區(qū)以及旅游資源豐富的沿海地區(qū)ESV減損較大,在大廣壩水庫等庫區(qū)、海南島東北部水產(chǎn)養(yǎng)殖場等地增益較大。

(4)1980—2018年海南島5個時期的ESV及其變化的全局Moran′sI值均大于0,具有非常明顯的空間正向自相關(guān)性,高值區(qū)趨于聚集,低值區(qū)趨于相鄰；不同階段表現(xiàn)出不同的空間聚集特征,但在整體分布上ESV變化熱點圖與ESCI空間分布特征一致。